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matlab课后习题及答案详解

2012年12月7日星期五

第2章MATLAB矩阵运算基础

2.1在MATLAB中如何建立矩阵

,并将其赋予变量a?

>>a=[573;491]

2.2有几种建立矩阵的方法?

各有什么优点?

可以用四种方法建立矩阵:

①直接输入法,如a=[2573],优点是输入方法方便简捷;

②通过M文件建立矩阵,该方法适用于建立尺寸较大的矩阵,并且易于修改;

③由函数建立,如y=sin(x),可以由MATLAB的内部函数建立一些特殊矩阵;

④通过数据文件建立,该方法可以调用由其他软件产生数据。

2.3在进行算术运算时,数组运算和矩阵运算各有什么要求?

进行数组运算的两个数组必须有相同的尺寸。

进行矩阵运算的两个矩阵必须满足矩阵运算规则,如矩阵a与b相乘(a*b)时必须满足a的列数等于b的行数。

2.4数组运算和矩阵运算的运算符有什么区别?

在加、减运算时数组运算与矩阵运算的运算符相同,乘、除和乘方运算时,在矩阵运算的运算符前加一个点即为数组运算,如a*b为矩阵乘,a.*b为数组乘。

2.5计算矩阵

之和。

>>a=[535;374;798];

>>b=[242;679;836];

>>a+b

ans=

777

91413

151214

2.6求

的共轭转置。

>>x=[4+8i3+5i2-7i1+4i7-5i;3+2i7-6i9+4i3-9i4+4i];

>>x’

ans=

4.0000-8.0000i3.0000-2.0000i

3.0000-5.0000i7.0000+6.0000i

2.0000+7.0000i9.0000-4.0000i

1.0000-4.0000i3.0000+9.0000i

7.0000+5.0000i4.0000-4.0000i

2.7计算

的数组乘积。

>>a=[693;275];

>>b=[241;468];

>>a.*b

ans=

12363

84240

2.8“左除”与“右除”有什么区别?

在通常情况下,左除x=a\b是a*x=b的解,右除x=b/a是x*a=b的解,一般情况下,a\bb/a。

2.9对于

,如果

,求解X。

>>A=[492;764;357];

>>B=[372628]’;

>>X=A\B

X=

-0.5118

4.0427

1.3318

2.10已知:

,分别计算a的数组平方和矩阵平方,并观察其结果。

>>a=[123;456;789];

>>a.^2

ans=

149

162536

496481

>>a^2

ans=

303642

668196

102126150

2.11

,观察a与b之间的六种关系运算的结果。

>>a=[123;456];

>>b=[8–74;362];

>>a>b

ans=

010

101

>>a>=b

ans=

010

101

>>a

ans=

101

010

>>a<=b

ans=

101

010

>>a==b

ans=

000

000

>>a~=b

ans=

111

111

2.12

,在进行逻辑运算时,a相当于什么样的逻辑量。

相当于a=[11011]。

2.13在sin(x)运算中,x是角度还是弧度?

在sin(x)运算中,x是弧度,MATLAB规定所有的三角函数运算都是按弧度进行运算。

2.14角度

,求x的正弦、余弦、正切和余切。

>>x=[304560];

>>x1=x/180*pi;

>>sin(x1)

ans=

0.50000.70710.8660

>>cos(x1)

ans=

0.86600.70710.5000

>>tan(x1)

ans=

0.57741.00001.7321

>>cot(x1)

ans=

1.73211.00000.5774

2.15用四舍五入的方法将数组[2.45686.39823.93758.5042]取整。

>>b=[2.45686.39823.93758.5042];

>>round(b)

ans=

2649

2.16矩阵

,分别对a进行特征值分解、奇异值分解、LU分解、QR分解及Chollesky分解。

>>[v,d]=eig(a,b)

v=

-0.4330-0.2543-0.1744

-0.56570.9660-0.6091

-0.70180.04720.7736

d=

13.548200

04.83030

003.6216

>>a=[912;563;827];

>>[u,s,v]=svd(a)

u=

-0.56010.5320-0.6350

-0.4762-0.8340-0.2788

-0.67790.14620.7204

s=

15.523400

04.56480

003.3446

v=

-0.82750.3917-0.4023

-0.3075-0.9156-0.2592

-0.4699-0.09070.8781

>>[l,u]=lu(a)

l=

1.000000

0.55561.00000

0.88890.20411.0000

u=

9.00001.00002.0000

05.44441.8889

004.8367

>>[q,r]=qr(a)

q=

-0.69030.3969-0.6050

-0.3835-0.9097-0.1592

-0.61360.12210.7801

r=

-13.0384-4.2183-6.8260

0-4.8172-1.0807

003.7733

>>c=chol(a)

c=

3.00000.33330.6667

02.42671.1447

002.2903

2.17将矩阵

组合成两个新矩阵:

(1)组合成一个43的矩阵,第一列为按列顺序排列的a矩阵元素,第二列为按列顺序排列的b矩阵元素,第三列为按列顺序排列的c矩阵元素,即

(2)按照a、b、c的列顺序组合成一个行矢量,即

>>a=[42;57];

>>b=[71;83];

>>c=[59;62];

%

(1)

>>d=[a(:

)b(:

)c(:

)]

d=

475

586

219

732

%

(2)

>>e=[a(:

);b(:

);c(:

)]'

e=

452778135692

或利用

(1)中产生的d

>>e=reshape(d,1,12)

ans=

452778135692

第3章数值计算基础

3.1将(x-6)(x-3)(x-8)展开为系数多项式的形式。

>>a=[638];

>>pa=poly(a);

>>ppa=poly2sym(pa)

ppa=

x^3-17*x^2+90*x-144

3.2求解多项式x3-7x2+2x+40的根。

>>r=[1-7240];

>>p=roots(r);

-0.2151

0.4459

0.7949

0.2707

3.3求解在x=8时多项式(x-1)(x-2)(x-3)(x-4)的值。

>>p=poly([1234]);

>>polyvalm(p,8)

ans=

840

3.4计算多项式乘法(x2+2x+2)(x2+5x+4)。

>>c=conv([122],[154])

c=

1716188

3.5计算多项式除法(3x3+13x2+6x+8)/(x+4)。

>>d=deconv([31368],[14])

d=

312

3.6对下式进行部分分式展开:

>>a=[134272];

>>b=[32546];

>>[r,s,k]=residue(b,a)

r=

1.1274+1.1513i

1.1274-1.1513i

-0.0232-0.0722i

-0.0232+0.0722i

0.7916

s=

-1.7680+1.2673i

-1.7680-1.2673i

0.4176+1.1130i

0.4176-1.1130i

-0.2991

k=

[]

3.7计算多项式

的微分和积分。

>>p=[4-12-1459];

>>pder=polyder(p);

>>pders=poly2sym(pder)

>>pint=polyint(p);

>>pints=poly2sym(pint)

pders=

12*x^2-24*x-14

pints=

x^4-4*x^3-7*x^2+5*x

3.8解方程组

>>a=[290;3411;226];

>>b=[1366]';

>>x=a\b

x=

7.4000

-0.2000

-1.4000

3.9求欠定方程组

的最小范数解。

>>a=[2474;9356];

>>b=[85]';

>>x=pinv(a)*b%伪逆

x=

-0.2151

0.4459

0.7949

0.2707

3.10有一组测量数据如下表所示,数据具有y=x2的变化趋势,用最小二乘法求解y。

x

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

y

-1.4

2.7

3

5.9

8.4

12.2

16.6

18.8

26.2

>>x=[11.522.533.544.55]'

>>y=[-1.42.735.98.412.216.618.826.2]'

>>e=[ones(size(x))x.^2]

>>c=e\y

>>x1=[1:

0.1:

5]';

>>y1=[ones(size(x1))x1.^2]*c;

>>plot(x,y,'ro',x1,y1,'k')%平面线图

3.11矩阵

,计算a的行列式和逆矩阵。

>>a=[42-6;754;349];

>>ad=det(a)

>>ai=inv(a)

ad=

-64

ai=

-0.45310.6562-0.5937

0.7969-0.84370.9062

-0.20310.1562-0.0937

3.12y=sin(x),x从0到2,x=0.02,求y的最大值、最小值、均值和标准差。

>>x=0:

0.02*pi:

2*pi;

>>y=sin(x);

>>ymax=max(y)

>>ymin=min(y)

>>ymean=mean(y)

>>ystd=std(y)

ymax=

1

ymin=

-1

ymean=

2.2995e-017

ystd=

0.7071

3.13

,计算x的协方差、y的协方差、x与y的互协方差。

>>x=[12345];

>>y=[246810];

>>cx=cov(x)

>>cy=cov(y)

>>cxy=cov(x,y)

cx=

2.5000

cy=

10

cxy=

2.50005.0000

5.000010.0000

3.14参照例3-20的方法,计算表达式

的梯度并绘图。

>>v=-2:

0.2:

2;

>>[x,y]=meshgrid(v);%产生"格点"矩阵

>>z=10*(x.^3-y.^5).*exp(-x.^2-y.^2);

>>[px,py]=gradient(z,.2,.2);%近似梯度

>>contour(x,y,z)%等位线

>>holdon

>>quiver(x,y,px,py)%二维方向箭头图

>>holdoff

 

3.15有一正弦衰减数据y=sin(x).*exp(-x/10),其中x=0:

pi/5:

4*pi,用三次样条法进行插值。

>>x0=0:

pi/5:

4*pi;

>>y0=sin(x0).*exp(-x0/10);

>>x=0:

pi/20:

4*pi;

>>y=spline(x0,y0,x);%样条插值

>>plot(x0,y0,'or',x,y,'b')

第4章符号数学基础

4.1创建符号变量有几种方法?

MATLAB提供了两种创建符号变量和表达式的函数:

sym和syms。

sym用于创建一个符号变量或表达式,用法如x=sym(‘x’)及f=sym(‘x+y+z’),syms用于创建多个符号变量,用法如symsxyz。

f=sym(‘x+y+z’)

相当于

symsxyz

f=x+y+z

4.2下面三种表示方法有什么不同的含义?

(1)f=3*x^2+5*x+2

(2)f='3*x^2+5*x+2'

(3)x=sym('x')

f=3*x^2+5*x+2

(1)f=3*x^2+5*x+2

表示在给定x时,将3*x^2+5*x+2的数值运算结果赋值给变量f,如果没有给定x则指示错误信息。

(2)f='3*x^2+5*x+2'

表示将字符串'3*x^2+5*x+2'赋值给字符变量f,没有任何计算含义,因此也不对字符串中的内容做任何分析。

(3)x=sym('x')

f=3*x^2+5*x+2

表示x是一个符号变量,因此算式f=3*x^2+5*x+2就具有了符号函数的意义,f也自然成为符号变量了。

4.3用符号函数法求解方程at2+b*t+c=0。

>>r=solve('a*t^2+b*t+c=0','t')

r=

[1/2/a*(-b+(b^2-4*a*c)^(1/2))]

[1/2/a*(-b-(b^2-4*a*c)^(1/2))]

4.4用符号计算验证三角等式:

sin

(1)cos

(2)-cos

(1)sin

(2)=sin(1-2)

>>symsphi1phi2;

>>y=simple(sin(phi1)*cos(phi2)-cos(phi1)*sin(phi2))

y=

sin(phi1-phi2)

4.5求矩阵

的行列式值、逆和特征根。

>>symsa11a12a21a22;

>>A=[a11,a12;a21,a22]

>>AD=det(A)%行列式

>>AI=inv(A)%逆

>>AE=eig(A)%特征值

A=

[a11,a12]

[a21,a22]

AD=

a11*a22-a12*a21

AI=

[-a22/(-a11*a22+a12*a21),a12/(-a11*a22+a12*a21)]

[a21/(-a11*a22+a12*a21),-a11/(-a11*a22+a12*a21)]

AE=

[1/2*a11+1/2*a22+1/2*(a11^2-2*a11*a22+a22^2+4*a12*a21)^(1/2)]

[1/2*a11+1/2*a22-1/2*(a11^2-2*a11*a22+a22^2+4*a12*a21)^(1/2)]

4.6因式分解:

>>symsx;

>>f=x^4-5*x^3+5*x^2+5*x-6;

>>factor(f)

ans=

(x-1)*(x-2)*(x-3)*(x+1)

4.7

,用符号微分求df/dx。

>>symsax;

>>f=[a,x^2,1/x;exp(a*x),log(x),sin(x)];

>>df=diff(f)

df=

[0,2*x,-1/x^2]

[a*exp(a*x),1/x,cos(x)]

4.8求代数方程组

关于x,y的解。

>>S=solve('a*x^2+b*y+c=0','b*x+c=0','x','y');

>>disp('S.x='),disp(S.x)

>>disp('S.y='),disp(S.y)

S.x=

-c/b

S.y=

-c*(a*c+b^2)/b^3

4.9符号函数绘图法绘制函数x=sin(3t)cos(t),y=sin(3t)sin(t)的图形,t的变化范围为[0,2]。

>>symst

>>ezplot(sin(3*t)*cos(t),sin(3*t)*sin(t),[0,pi])%画二维曲线的简捷指令

4.10绘制极坐标下sin(3*t)*cos(t)的图形。

>>symst

>>ezpolar(sin(3*t)*cos(t)%画极坐标图的简捷指令

 

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